AT402860B - METHOD AND DEVICE FOR TESTING TRANSPARENT OBJECTS - Google Patents
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Description
AT 402 860 BAT 402 860 B
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Prüfung von Gegenständen, Bauteilen und/oder Werkstücken aus bzw. mit transparentem Material, vorzugsweise zur Prüfung von Scheinwerfergläsern, wobei der Gegenstand jeweils mit Prüflicht durchstrahlt wird und Gegenstand und Prüflichtstrahl relativ zueinander bewegt werden, und durch Material- und/oder Oberflächen-Inhomogenitäten bzw. -Fehler generiertes, nach Ausblendung von Primärlicht im wesentlichen in Strahlungsrichtung austretendes (vor-wärtsgestreutes) Streu- bzw. Beugungslicht unter ortssynchroner Zuordnung zwischen vom Prüflicht jeweils durchsetztem Bereich des Gegenstandes und von einem Photosensor oder dgl. empfangenem Streulicht zur Fehlererkennung und -auswertung herangezogen wird, und wobei ein jeweils zu untersuchender Bereich, insbesondere Flächenbereich des Materials des Gegenstandes, Bauteils und/oder Werkstückes mit dem Prüf-Lichtstrahl abgescannt wird. Sie betrifft weiters entsprechende Anordnungen bzw. Vorrichtungen, die sich insbesondere für die Durchführung des neuen Verfahrens eignen.The present invention relates to a new method for testing objects, components and / or workpieces made of or with transparent material, preferably for testing headlight glasses, the object being irradiated with test light and the object and test light beam being moved relative to one another, and by material - and / or surface inhomogeneities or errors generated after the primary light has been masked out essentially in the radiation direction (forward-scattered) scattered or diffracted light with spatially synchronous assignment between the area of the object penetrated by the test light and a photosensor or the like. received scattered light is used for error detection and evaluation, and a region to be examined in each case, in particular surface region of the material of the object, component and / or workpiece, is scanned with the test light beam. It also relates to corresponding arrangements or devices which are particularly suitable for carrying out the new method.
Es ist eine größere Anzahl an Geräten bekanntgeworden, mit welchen Gegenstands-Oberflächen oder dort angeordnete Muster auf Unregelmäßigkeiten, Materialflächen-Inhomogenitäten oder Fehler optisch überprüft werden können, um z. B. im Zuge eines Produktionsprozesses bestimmten Anordnungen, Normen oder Standards nicht entsprechende Werkstücke, Bauteile und/oder Gegenstände vor deren Weiterbearbeitung, Finalisierung, Verpackung, Versand und Vertrieb auszuscheiden.A greater number of devices have become known with which object surfaces or patterns arranged there can be optically checked for irregularities, material surface inhomogeneities or defects, in order, for example, B. in the course of a production process certain orders, norms or standards not corresponding workpieces, components and / or objects to be eliminated before further processing, finalization, packaging, shipping and distribution.
Es sei dazu nur beispielsweise auf die DE-A1 3 500 332, welche einen Oberflächenprüfungsapparat mit photoelektrischer Umsetzung zur Darstellung eines Bildes eines zu prüfenden nicht-flachen Gegenstandes offenbart, oder auf die JP-Anmeldung 56009717 verwiesen, welche eine optische Filtereinrichtung mit Flüssigkristallen zum Gegenstand hat und deren Zweck eine Verhinderung einer Fehldetektion ohne Minderung der Empfindlichkeit bei Einsatz eines optischen Elementes ist, das durch Einschluß eines Flüssigkristall-Materials zwischen Glaselektroden einfacher Bauart gebildet ist, wobei ein Scan-Lichtstrahl die Oberfläche eines Gegenstandes abrastert und der von der Probe reflektierte Strahl auf ein Raumfilter kondensiert wird, wobei auf Staub oder Fehler zurückgehende Streulicht-Komponenten und durch das optische Element verursachtes Streulicht abgetrennt werden.For this purpose, reference is only made, for example, to DE-A1 3 500 332, which discloses a surface inspection apparatus with photoelectric conversion for displaying an image of a non-flat object to be inspected, or to JP Application 56009717, which relates to an optical filter device with liquid crystals and the purpose of which is to prevent false detection without reducing the sensitivity when using an optical element which is formed by the inclusion of a liquid crystal material between glass electrodes of simple construction, wherein a scanning light beam scans the surface of an object and the beam reflected from the sample is condensed onto a spatial filter, scattered light components due to dust or faults and scattered light caused by the optical element being separated off.
Die DE-C2 3 806 209 beschreibt eine aufwendige Vorrichtung zur Erfassung von Strukturdefekten einer Probe mit regelmäßiger Struktur durch räumliches Filtern des von der Probe gebeugten Lichtes, wobei die Probe flächig mit kohärentem Licht bestrahlt oder durchstrahlt wird und mittels Raumfilter ein von einer Probe ohne Strukturdefekte herrührendes Beugungsmuster zur Ausfilterung des von der regelmäßigen Struktur herrührenden Lichtanteiles genutzt wird und das Raumfilter ein photoleitfähiges elektro-optisches Material zum Aufzeichnen des Beugungsmusters der zu untersuchenden Probe in Echtzeit aufweist.DE-C2 3 806 209 describes a complex device for detecting structural defects of a sample with a regular structure by spatial filtering of the light diffracted by the sample, the sample being irradiated or irradiated across the surface with coherent light and by means of a spatial filter one of a sample without structural defects originating diffraction pattern is used to filter out the portion of light originating from the regular structure and the spatial filter has a photoconductive electro-optical material for recording the diffraction pattern of the sample to be examined in real time.
Mit einer Fehlerinspektionseinrichtung gemäß DE-C2 3 800 053 soll die Erkennung von in einem ebenen, transparenten, platten- oder blattförmigen Material endlicher Dicke vorhandenen Fehlerstellen und von deren Lage ermöglicht und erleichtert werden, wobei das Verfahren mit einem scannenden Lichtstrahl arbeitet, der schräg auf die blattfömige Probe auftrifft und von deren Ober- und deren Unterseite wieder schräg reflektiert und von einem Photodetektor empfangen wird. Dieses Verfahren ist auf praktisch planparallele, transparente Gegenstände beschränkt.With an error inspection device according to DE-C2 3 800 053, the detection of defects in a flat, transparent, plate-like or sheet-like material of finite thickness and their location should be made possible and facilitated, the method working with a scanning light beam that is inclined the leaf-shaped sample strikes and is again reflected obliquely from its top and bottom sides and is received by a photodetector. This method is limited to practically plane-parallel, transparent objects.
Weiters betreffen die EP-B1 28 774 und 17 271 Geräte zum Nachweis von Fehlern in periodischen Mustern, z. B. in lichtdurchlässigen Gitter- oder Rasterplatten oder in einem lichtreflektierenden Muster, wobei die Muster mit kohärentem Licht beleuchtet werden und Fourier-Transformationseinrichtungen zum Transformieren des aus dem periodischen Muster austretenden Lichtes in ein Beugungssignalmuster vorgesehen sind und Filtereinrichtungen räumliche Frequenzen aus der Beugung erster Ordnung blockieren sollen.Furthermore, EP-B1 28 774 and 17 271 relate to devices for detecting errors in periodic patterns, e.g. B. in translucent grid or grid plates or in a light-reflecting pattern, the patterns are illuminated with coherent light and Fourier transform devices are provided for transforming the light emerging from the periodic pattern into a diffraction signal pattern and filter devices block spatial frequencies from first-order diffraction should.
Es erfolgt insbesondere auch gemäß EP 17 371 eine optische Fourier-Transformation von einwandfrei abbildbaren periodischen Mustern. In dem durch die Fourier-Transformation entstandenen Mustern werden verschiedene Frequenzbereiche ausgeblendet. Zur Ausblendung werden zu den einzelnen Mustern gehörige, feste Blenden verwendet. Für die Herstellung einer für die Fourier-Transformation geeigneten Abbildung muß der Laserstrahl auf die zu untersuchende Fläche aufgeweitet werden. Das Restlicht wird dort durch eine CPU bewertet und die gerade vermessene Stelle muß von einer Kamera aufgenommen und auf einem Monitor visualisiert werden.According to EP 17 371, in particular, an optical Fourier transformation of periodic patterns that can be reproduced perfectly takes place. Different frequency ranges are masked out in the pattern created by the Fourier transform. Fixed screens belonging to the individual patterns are used for the masking. In order to produce an image suitable for the Fourier transformation, the laser beam must be widened to the area to be examined. The residual light is evaluated there by a CPU and the point just measured must be recorded by a camera and visualized on a monitor.
Ein üblicherweise für die Prüfung von Glasscheiben auf Fehler, wie z. B. Luftblasen, Scheren, Verschmutzung, Ausbrüche u. dgl. verwendetes Verfahren ist heute das Laserscannen. Dabei wird der Prüfling von einem Laserstrahl abgerastert und die bei Fehlern auftretende Vorwärts- bzw. Rückwärtsstreuung wird detektiert. Sobald der Prüfling jedoch Strukturen aufweist, wie beispielsweise bei Scheinwerfergläsern Zylinderlinsen, versagt dieses Prüf- bzw. Meßverfahren.A commonly used for the inspection of glass panes for defects such. B. air bubbles, scissors, pollution, breakouts and. The method used today is laser scanning. The test object is scanned by a laser beam and the forward or backward scattering that occurs in the event of errors is detected. However, as soon as the test object has structures, such as, for example, cylinder lenses, this test or measurement method fails.
So ist aus der GB-A 2159271 eine Oberflächenfehler-Prüfmethode und -Vorrichtung bekannt, welche mit einem Laserstrahl arbeitet, der von der jeweiligen Oberfläche reflektiert, auf einen Leuchtschirm ein Bild der aktuellen Oberfläche erzeugt, welches mit einem Idealbild einer gewünschten Oberfläche verglichen wird 2From GB-A 2159271, a surface defect test method and device is known which works with a laser beam that reflects from the respective surface and generates an image of the current surface on a fluorescent screen, which is compared with an ideal image of a desired surface 2
AT 402 860 B und wobei die durch Oberflächenfehler hervorgerufenen Bildabweichungen registriert werden.AT 402 860 B and where the image deviations caused by surface defects are registered.
Die US-A 4 952 058 hat hingegen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung und Erkennung von von einer vorgegebenen Norm abweichenden Mustern zum Gegenstand, wobei Durchlicht zur Anwendung kommt. Gemäß dieser Schrift ist vorgesehen und stellt einen wesentlichen Nachteil des dortigen optischen Prüf Systems dar, daß der zu prüfende Gegenstand selbst der Scanbewegung unterworfen werden muß, wobei die dadurch bedingte mechanische Trägheit der Rastergeschwindigkeit relativ enge Grenzen setzt und eventueller mechanischer Schlupf des Scantriebs auch einen wesentlichen Nachteil, z. B. bezüglich Präzision, darstellen kann. Dieser mechanische Rastertrieb ist Folge eines dort vorgesehenen "mechanischen" Ausblendschirmes zur Abdeckung des Primärlicht-Austrittkegels nach Durchgang des Prüflichts durch den Prüfgegenstand. Dabei tritt innerhalb des Gegenstandes nur ein tatsächlich "punktförmiger" Brennpunkt des ruhenden fokussierten, einstrahlenden Lichtkegels auf, und nur dort ist eine präzise Bestrahlung einer Fehlstelle geringer Dimension so möglich, daß ein eindeutig zuordenbarer, erweiterter Streulichtkegel gebildet wird. Andere Tiefenbereiche des zu prüfenden Gegenstandes werden hingegen nicht so präzise "anfokussiert”, und es ist dadurch keine präzise Erfassung von Fehlstellen in jeder Tiefenphase im Prüfgegenstand auf der Durchlaufstrecke des Prüflichts möglich.US-A 4 952 058, on the other hand, relates to a method and a device for testing and recognizing patterns that deviate from a specified standard, whereby transmitted light is used. According to this document, it is provided and represents a major disadvantage of the optical inspection system there that the object to be inspected must itself be subjected to the scanning movement, the mechanical inertia resulting therefrom setting the scanning speed relatively narrow limits, and any mechanical slippage of the scanning drive also being essential Disadvantage, e.g. B. in terms of precision. This mechanical grid drive is the result of a " mechanical " Masking screen to cover the primary light exit cone after the test light has passed through the test object. Only an actually " punctiform " Focal point of the resting focused, incident light cone, and only there is a precise irradiation of a defect of small dimensions possible so that a clearly assignable, expanded scattered light cone is formed. In contrast, other depth ranges of the object to be tested are not so precisely “focused”, and it is therefore not possible to precisely detect defects in each depth phase in the test object on the passage of the test light.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche auch in Gegenständen aus und mit transparentem Material mit am Gegenstand örtlich stark schwankenden Materialstärken und in diesem integriert ausgebildeten Strukturen, wie örtlich verschieden ausgerichtete Rippen, Materialverdickungen, Linsen, Kondensoren, Zylinderlinsen und dgl., auch geringfügige Materialfehler und -Inhomogenitäten unabhängig von deren Tiefenlage im transparenten Objekt, wie oben angeführt, aufzudecken und somit eine gleichmäßige, besonders hohe Qualität der Gegenstände bzw. Bauteile zu gewährleisten.The invention has for its object to provide a method and an apparatus which also in objects made of and with transparent material with locally strongly fluctuating material thicknesses and structures integrated therein, such as locally differently oriented ribs, material thickening, lenses, condensers , Cylindrical lenses and the like, even minor material defects and inhomogeneities regardless of their depth in the transparent object, as stated above, and thus to ensure a uniform, particularly high quality of the objects or components.
Diese Aufgabe wurde gemäß der Erfindung mit einem neuen Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, dessen wesentliche Merkmale darin bestehen, daß der den Flächenbereich scannende Laserstrahl eine geringe Querschnittsfläche, insbesondere punktförmigen Querschnitt, aufweist, daß der primäre Prüf-Laserstrahl nach Durchsetzen des transparenten Materials mittels durchstrah-lungs-positionssynchroner Opakisierung entsprechender Einzel-Kristallelemente (Pixel) mindestens eines Transmissions-Flüssigkristallschirmes zur Gänze ausgeblendet wird, daß von Material-Inhomogenitäten generiertes, im wesentlichen in Richtung des Laserstrahles abgestrahltes, "sekundäres" Streu- und/oder Beugungslicht auf einen Photosensor bzw. -detektor fokussiert bzw. kondensiert wird und daß das jeweils vom Sensor bzw. Detektor empfangene bzw. aufgenommene Streu- und/oder Beugungslicht-Signal mittels, bevorzugt rechnergestütztem, Bildauswertungsverfahren unter strenger örtlicher Zuordnung zwischen dem vom Prüf-, insbesondere Laser-Lichtstrahl jeweils durchsetzten Materialbereich des Gegenstandes und dem empfangenen Streulicht durchstrahlungs-positionssynchron ausgewertet wird.This object was achieved according to the invention with a new method of the type mentioned, the main features of which are that the laser beam scanning the area has a small cross-sectional area, in particular punctiform cross-section, that the primary test laser beam after penetration of the transparent material by means of Radiation-position-synchronous opaqueization of corresponding individual crystal elements (pixels) of at least one transmission liquid crystal screen is completely hidden, that "secondary" generated by material inhomogeneities, essentially emitted in the direction of the laser beam. Scattering and / or diffraction light is focused or condensed on a photosensor or detector, and that the scattering and / or diffraction light signal received or received by the sensor or detector in each case by means of, preferably computer-aided, image evaluation method with strict local assignment between the material area of the object penetrated by the test beam, in particular the laser light beam, and the received scattered light is evaluated synchronously with the radiation position.
Beim erfindungsgemäßen Prüfverfahren wird also der Laserstrahl an Materialfehlern bzw. auch an Gegenstandsstrukturen gestreut bzw. gebeugt und ergibt am Ort der zweiten Blende eine Strahlaufweitung. Grund für diese Art der Vorgangsweise sind nicht eindeutig als Bild darstellbare Defektmuster bzw. Fehler, die z. B. von einer Fourier-Transformation nicht erfaßbar sind.In the test method according to the invention, the laser beam is scattered or diffracted from material defects or also from object structures and results in a beam expansion at the location of the second diaphragm. The reason for this type of procedure are defect patterns or errors that cannot be clearly represented as an image. B. cannot be detected by a Fourier transformation.
Das neue Verfahren verwendet einen praktisch Punkt-Querschnitt aufweisenden Strahl kohärenten Lichtes, wobei eine Verringerung des Prüf-Lichtstrahl-Durchmessers eine Verbesserung der lokalen Auflösung und damit die Detektion besonders kleiner, aber oft dennoch gebrauchsstörender Defekte und Inhomogenitäten ermöglicht.The new method uses a beam of coherent light with a practically point cross section, a reduction in the diameter of the test light beam making it possible to improve the local resolution and thus to detect particularly small, but often nonetheless non-uniform defects and inhomogeneities.
Gemäß der Erfindung wird ein Lichtstrahl, also ein Parallelstrahlenbündel, geringen bis praktisch punktförmigen Querschnitts eingesetzt, wodurch eine volle Tiefenschärfe über die gesamte, innerhalb des Prüfgegenstandes vom Strahl zurückgelegte Distanz erzielt wird, sodaß die Präzision der Fehlerstellen-Erfassung tiefenlage-unabhängig ist. Weiters ist der Vorteil gegeben, daß der erfindungsgemäß vorgesehene "immaterielle" Ausblendschirm eine Opakisierung zumindest des jeweils abzudeckenden, austretenden Primärstrahles in hochflexibler, praktisch trägheitsloser und präzise ansteuerbarer Weise ermöglicht. Auf diese Weise wird eine mechanische Scanbewegung des Prüfgegenstandes voll verzichtbar, die Primär-strahlausschaltung ist immateriell und dem Scanprüfstrahl flexibel nachführbar, ist aber auch Änderungen der Prüfstrahlquerschnittsgröße und Gestalt voll und rasch anpaßbar, was sich mit einer wie bisher bekannten Ausblendplatte oder dgl. nie erreichen ließe. Bei einer Prüfung von dickeninhomogenen, stark wechselnde Topografie aufweisenden Gegenständen, wie insbesondere Scheinwerfergläsern, ermöglicht die neue Ausblendmethode mit Flüssigkristall-Schirm zum ersten Mal eine hochflexible und effektive Ausblendung von die Prüfergebnisse sonst störenden, von gegenstandsinhärenten Strukturen generierten, pseudoprimären Streulichtsignalen ohne wesentlichen Aufwand. 3According to the invention, a light beam, i.e. a parallel beam, with a small to practically punctiform cross-section, is used, as a result of which a full depth of field is achieved over the entire distance covered by the beam within the test object, so that the precision of the detection of defects is independent of the depth. There is also the advantage that the " intangible " Masking screen enables an opaqueization of at least the emerging primary beam to be covered in a highly flexible, practically inertia-free and precisely controllable manner. In this way, a mechanical scan movement of the test object is completely dispensable, the primary beam switch-off is immaterial and flexibly trackable to the scan test beam, but changes in the test beam cross-section size and shape can also be fully and quickly adapted, which can never be achieved with a blanking plate or the like known up to now let. When testing thick-inhomogeneous, strongly changing topography objects, such as headlight glasses in particular, the new masking method with liquid crystal screen enables for the first time a highly flexible and effective masking out of the pseudo-primary scattered light signals, which otherwise disturb the test results and are generated by object-inherent structures. 3rd
AT 402 860 BAT 402 860 B
Eine Vorgehensweise gemäß Anspruch 2 ermöglicht hohe Anpassungsfähigkeit an eine jeweils in einem Produktionsbetrieb oder dgl. vorhandene Test- und Untersuchungs-Infrastruktur.A procedure according to claim 2 enables a high degree of adaptability to a test and examination infrastructure present in a production plant or the like.
Es sind dabei zwei wesentliche Möglichkeiten offen: Eine davon ist ein flächenhaftes Abscannen eines Prüflings. Dabei befindet sich der Prüfling im Stillstand und der Laserstrahl überstreicht einen zweidimensionalen Bereich. In diesem Fall muß auch die Blende ständig der Strahlposition des Lasers angepaßt werden. Eine zusätzliche erste Blende erlaubt das Ausblenden von Bereichen, die nicht von Interesse sind.There are two main options open to this: One of them is the area-wide scanning of a test object. The test object is at a standstill and the laser beam sweeps over a two-dimensional area. In this case, the aperture must also be constantly adjusted to the beam position of the laser. An additional first aperture allows areas that are not of interest to be hidden.
Die zweite ist ein linienförmiges Abscannen des Prüflings. Dabei bewegt sich der Prüfling linear gleichmäßig mechanisch durch einen nur "quer zu seiner Bewegung oszillierenden" Prüflichtstrahl, wobei die oben beschriebenen Nachteile durch Trägheitseffekte nicht auftreten.The second is a line scan of the test specimen. The test object moves linearly uniformly mechanically by means of an oscillation that is only " transverse to its movement " Test light beam, the disadvantages described above not occurring due to inertia effects.
Eine Parallelführung der Scanningstrahlen zueinander gemäß Anspruch 3 bringt den Vorteil einer von Strahlrichtungsbedingungen unabhängigen, besonders präzisen Information aus allen "Tiefen” der Probe in der jeweils vom Scan-Strahl durchsetzten Position des Prüflings.A parallel guidance of the scanning beams to one another has the advantage of particularly precise information, independent of beam direction conditions, from all “depths” of the sample in the position of the test specimen penetrated by the scan beam.
Im Hinblick auf eine optimale interne Abstimmung des optischen Auflösungsvermögens ist es von Vorteil, die einzelnen Flüssigkristall-Elemente des Ausblendschirmes, wie im Anspruch 4 angegeben, zu dimensionieren.With regard to optimal internal tuning of the optical resolution, it is advantageous to dimension the individual liquid crystal elements of the blanking screen, as specified in claim 4.
Wie schon oben angesprochen, ist es ein besonderes Anliegen der Erfindung, nicht auf eine Prüfung regelmäßig ausgebildeter, womöglich planparalleler-scheibenförmiger transparenter Artikel eingeschränkt zu sein, sondern auch in komplex geformten Gegenständen, wie z. B. in Scheinwerfergläsern mit kräftiger Dickenstrukturierung selbst kleine Fehler in jeder Materialtiefenlage auf einmal aufspüren zu können. Dieses Ziel wird mit einer besonders bevorzugten Variante des neuen Verfahrens gemäß Anspruch 5 erreicht. Durch die Programmierbarkeit der erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden, flexibel schaltbaren Ausblendeinrichtung können durch funktionsbedingte, zulässige Glasstrukturen generierte Strahlaufweitungen bzw. Sekundär- bzw. Streulichtstrahlen ausgeblendet werden und nur von Glasfehlern herrührende Strahlaufweitungen erreichen den Detektor und werden als solche registriert und ausgewertet. Aufgrund der Programmierbarkeit der Blende ist eine Scan-Bewegung des Laserstrahls bei ruhender Probe besonders bevorzugt. Es sei daran erinnert, daß beim Verfahren gemäß US-A-4 952 058 konkret nur eine feststehende Blende vorgesehen ist, die dann mechanisch dem Laserstrahl nachgeführt werden müßte, was sehr aufwendig ist. Bei der neuen Methode schirmt eine zwischen dem Prüfling und dem Detektor vorgesehene Blende die von ordnungsgemäß vorhandenen Strukturen vorwärtsgestreuten Licht-Anteile ab.As already mentioned above, it is a particular concern of the invention not to be restricted to an examination of regularly trained, possibly plane-parallel, disc-shaped transparent articles, but also in complex shaped objects, such as, for example, B. in spotlight glasses with strong thickness structuring even small defects in every material depth can be found at once. This goal is achieved with a particularly preferred variant of the new method according to claim 5. Due to the programmability of the flexibly switchable blanking device used according to the invention, beam expansions or secondary or scattered light beams generated by function-related, permissible glass structures can be masked out and only beam expansions resulting from glass defects reach the detector and are registered and evaluated as such. Due to the programmability of the aperture, a scanning movement of the laser beam when the sample is at rest is particularly preferred. It should be remembered that in the method according to US Pat. No. 4,952,058, only one fixed diaphragm is provided, which would then have to be mechanically tracked to the laser beam, which is very expensive. In the new method, an aperture provided between the test specimen and the detector shields the light components that are scattered forward from structures that are properly present.
Eine Verfahrensweise gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, daß jederzeit eine individuelle, optische Überprüfung eines fehlerhaften Prüflings erfolgen kann und Speicherung und Dokumentation wesentlich erleichtert werden.A procedure according to claim 6 has the advantage that an individual, visual inspection of a faulty test object can be carried out at any time and storage and documentation are made considerably easier.
Störeinflüsse minimierend und daher bevorzugt ist eine Verfahrensweise mit Direkterfassung und -Speicherung durch die Photosensorik gemäß Anspruch 7.Minimizing interference and therefore preferred is a procedure with direct detection and storage by the photosensor system according to claim 7.
Eine Abstimmung mischen Auflösungskapazität innerhalb der rasterdurchstrahlten Fläche des Prüflings und den Streulichtsignal-Empfangs-, Speicher- und Wiedergabe-Medien gemäß Anspruch 8 hat den Vorteil einer 1:1-Kompatibilität und hoher Einsatzflexibilität des neuen Verfahrens. Ähnliches gilt für die vorteilhafte Ausführungsform gemäß Anspruch 9.A coordination mix resolution capacity within the raster-irradiated area of the test specimen and the scattered light signal reception, storage and playback media according to claim 8 has the advantage of 1: 1 compatibility and high versatility of the new method. The same applies to the advantageous embodiment according to claim 9.
Ein besonders guter Überblick über eventuelle Defekte der Prüflinge läßt sich bei einer Variante des erfindungsgemäßen Prüf-Verfahrens gemäß Anspruch 10 erreichen, was eine eindeutige Entscheidung über ein eventuell notwendiges Ausscheiden eines "Defekt-Exemplares" wesentlich erleichtert.A particularly good overview of possible defects of the test specimens can be achieved with a variant of the test method according to the invention, which makes a clear decision about a possibly necessary withdrawal of a " defect specimen " much easier.
Beim Vorgehen gemäß der vom Anspruch 11 umfaßten Variante der neuen Prüfmethode können die bei "schwierig geformten” Gegenständen auftretenden, durch dessen Strukturen generierten Streulichtsignale auf elegante Weise kompensiert werden und es bleibt nur ein eindeutiges, entscheidungswesentliches, echt "defekt-generiertes" Gesamt-Streubild zur Letzt-Beurteilung zurück. Es kann beispielsweise so vorgegangen werden, daß das Helligkeitssignal des Photodetektors in einen Bildspeicher so eingelesen wird, daß mit Hilfe der vom Scanner zur Verfügung gestellten Strahlposition ein Bild des Prüflings mit der jeweiligen lokalen Streuintensität aufgebaut wird. Vor allem im Übergangsbereich von Zylinderlinsen und Planglas eines Scheinwerferglases treten unregelmäßige Streuungen auf, welche sonst mit Blenden nicht ausgeschlossen werden können, diese können jedoch, da sie an bekannten Positionen auftreten, von Bildverarbeitungsmethoden problemlos erkannt und beurteilt werden.When working in accordance with the variant of the new test method encompassed by claim 11, the stray light signals generated by "difficultly shaped" objects, whose structures are generated, can be compensated for in an elegant manner and only a clear, essential for the decision, genuinely "defect-generated" remains. Total scatter pattern for the last assessment. For example, the brightness signal of the photodetector can be read into an image memory in such a way that an image of the test object with the respective local scattering intensity is built up using the beam position provided by the scanner. Irregular scattering occurs especially in the transition area between cylindrical lenses and plane glass of a headlight lens, which otherwise cannot be excluded with diaphragms. However, since they occur at known positions, these can be easily recognized and assessed by image processing methods.
Im speziellen kann dazu eine vorteilhafte Arbeits-Methode gewählt werden, wie sie vom Anspruch 12 umfaßt ist.In particular, an advantageous working method can be selected for this, as is covered by claim 12.
Wie oben erwähnt, bildet einen weiteren wesentlichen Gegenstand der Erfindung eine Anordnung bzw. Vorrichtung zur Prüfung von Gegenständen, Bauteilen und/oder Werkstücken aus bzw. mit transparentem Material, insbesondere von solchen mit Eigenstruktur, vorzugsweise zur Prüfung von Scheinwerfergläsern, insbesondere gemäß einem wie oben beschriebenen Verfahren in seinen verschiedenen Ausführungsformen mit Einrichtung zur rasternden Durchstrahlung eines auf Material-Inhomogenitäten zu untersuchenden, 4As mentioned above, a further essential object of the invention is an arrangement or device for testing objects, components and / or workpieces made of or with transparent material, in particular those with their own structure, preferably for testing headlight glasses, in particular according to one as above described methods in its various embodiments with a device for raster radiation of a material to be examined for material inhomogeneity, 4
AT 402 860 B transparenten Gegenstandes mit einem Prüf-Lichtstrahl, vorzugsweise kohärenten Lichtes, insbesondere Laserlichtes, Photosensor bzw. -detektor zum Empfang des durch Material-Inhomogenitäten bzw. -Fehler im wesentlichen in Strahlungsrichtung vorwärtsgestreuten Streu- und/oder Beugungslichtes und Einrichtung zur Inhomogenitäts- bzw. Fehler-Erkennung und -Auswertung, welche jeweils in Prüf-Lichtstrahlrichtung im wesentlichen in der genannten Reihenfolge hintereinander angeordnet, eine Quelle zur Erzeugung eines primären Prüf-Strahles, mindestens eine Einrichtung zur Relativ-Bewegung von Prüf-Lichtstrahl und Gegenstand, mindestens eine "zweite" Einrichtung für eine Ausblendung des primären Prüf-Lichtstrahles, mindestens einen Photosensor bzw. -detektor zum Empfang bzw, zur Aufnahme von durch Fehler im Material generiertem Sekundär-Licht sowie mindestens eine mit dem Photosensor verbundene Einrichtung zur Umwandlung, Speicherung, Verarbeitung, Auswertung und/oder Wiedergabe der vom Photosensor bzw. - detektor empfangenen Signale umfaßt, wobei die Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Relativbewegungs-Einrichtung für eine flächig-rasterförmig scannende Bewegung des Prüf-Lichtstrahles und gegebenenfalls des von demselben zu durchsetzenden, transparenten Gegenstandes ausgebildet ist, daß die Primärlichtstrahl-Ausblendeinrichtung für eine prüfstrahl-positionssynchrone Ausblendung des primären Prüf-Lichtstrahles nach dessen Durchgang durch den Gegenstand mit zumindest einem, vorzugsweise von einem Rechner, bezüglich Dimension, Gestalt und Durchlässigkeit(en) gewünschter Flächenbereiche veränderbar, flexibel (an-)steuerbaren Flüssig-Kristall-Schirm ausgebildet ist und daß der Photosensor bzw. -detektor für den Empfang von durch Inhomogenitäten oder Fehler im transparenten Material des Gegenstandes im wesentlichen in Prüfstrahlrichtung abgestrahitem Sekundär-Licht eingerichtet ist.AT 402 860 B transparent object with a test light beam, preferably coherent light, in particular laser light, photosensor or detector for receiving the scattering and / or diffraction light which is essentially scattered forward in the radiation direction by material inhomogeneities or errors and device for inhomogeneity - or error detection and evaluation, which are arranged one behind the other in the test light beam direction essentially in the order mentioned, a source for generating a primary test beam, at least one device for the relative movement of test light beam and object, at least a " second " Device for blanking out the primary test light beam, at least one photosensor or detector for receiving or receiving secondary light generated by defects in the material, and at least one device connected to the photosensor for converting, storing, processing, evaluating and / or or reproduction of the signals received by the photosensor or detector, the arrangement being characterized in that the relative movement device is designed for a flat, grid-like scanning movement of the test light beam and, if appropriate, of the transparent object to be penetrated thereby, that the primary light beam blanking device for a test beam position-synchronous blanking of the primary test light beam after its passage through the object with at least one, preferably by a computer, variable in terms of dimension, shape and permeability (s) of desired surface areas, flex ible (controllable) controllable liquid crystal screen and that the photosensor or detector is set up for the reception of secondary light emitted essentially in the test beam direction by inhomogeneities or defects in the transparent material of the object.
Diese Anordnung ist wegen ihrer praktisch unbegrenzten Flexibilität und Anpassungsfähigkeit besonders gut für rasche Produktions- und damit auch Prüf-Umstellungen, wie sie bei heute oft üblicher Kleinserienfertigung für verschiedene zeit-knapp zu beliefernde Auftraggeber notwendig sind, hervorragend geeignet.Because of its practically unlimited flexibility and adaptability, this arrangement is particularly well suited for rapid production and thus also test changes, as are necessary in today's small series production for various clients who are short on time.
Bei dieser Anordnung ist eine Parallelisierung des Prüf-Lichtstrahles, wie gemäß Anspruch 14 vorgesehen, aus Gründen der Einfachheit und der eindeutigen Zuordnung der Prüf-Strahlposition beim Scannen einschließlich der Einhaltung hochreproduzierbarer Prüfbedingungen von besonderem Vorteil.With this arrangement, a parallelization of the test light beam, as provided according to claim 14, is of particular advantage for reasons of simplicity and the clear assignment of the test beam position during scanning, including compliance with highly reproducible test conditions.
Im wesentlichen den Vorteil einer hohen Einsatzflexibilität bringt eine Anordnung gemäß Anspruch 15. Eine besonders rasche, primäre Ausblendung und damit einen Ausschluß von nicht interessierenden Bereichen der zu prüfenden transparenten Gegenstände ermöglicht eine vom Anspruch 16 umfaßte Anordnung.An arrangement according to claim 15 essentially provides the advantage of a high degree of flexibility in use. A particularly rapid, primary masking and thus an exclusion of regions of the transparent objects to be tested that are of no interest enables an arrangement encompassed by claim 16.
Bei einer Ausführungsform der neuen Anordnung gemäß Anspruch 17 ist eine bisher nicht erreichbare, praktisch unbegrenzte Freiheit bei der Lösung auch besonders schwieriger Transparenz-Prüfungs-Probleme gewährleistet.In one embodiment of the new arrangement according to claim 17, a previously unattainable, practically unlimited freedom in solving even particularly difficult transparency checking problems is guaranteed.
Mit einer Ausbildungsform der Anordnung gemäß Anspruch 18 läßt sich eine besonders hohe Empfindlichkeit der Prüf-Anlagen erzielen, und es lassen sich damit auch besonders schwache Sekundärlicht-Ausbeuten ergebende, geringfügige, aber z. B. für die Qualität und Langlebigkeit hochbeanspruchter, z. B. hohen Temperaturwechseln ausgesetzter, transparenter Bauteile entscheidende Materialdefekte aufspüren.With an embodiment of the arrangement according to claim 18, a particularly high sensitivity of the test systems can be achieved, and it can also be particularly weak secondary light yields resulting in slight, but z. B. for the quality and longevity of highly stressed, z. B. detect high material changes exposed to transparent components.
Hinsichtlich wirtschaftlich vertretbarer Produktions- und Qualitätssicherung besonders vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Prüfanlage sind schließlich von den Ansprüchen 19 und 20 umfaßt.Finally, claims 19 and 20 encompass particularly advantageous embodiments of the test system according to the invention with regard to economically justifiable production and quality assurance.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Es zeigen dieThey show
Fig. 1 eine schematische Übersicht über eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende, ebenfalls erfindungsgemäß bevorzugte Prüfanordnung für Scheinwerfergläser,1 shows a schematic overview of a test arrangement for headlight glasses which works according to the method of the invention and is also preferred according to the invention,
Fig. 2 schematisch die Zusammenhänge zwischen optischen Strukturen des Prüfgegenstandes und einer Kompensation des von denselben generierten, pseudoprimären Streu- bzw. Beugungs-Lichtes und die Fig. 3 und 4 anhand von schematischen Schrägansichten zwei bevorzugte Arbeitsweisen zur Erreichung einer exakten Relativbewegung von Prüfstrahl und Prüfling zueinander zum scannenden Abtasten bzw. Durchstrahlen eines transparenten Prüfgegenstandes.2 schematically shows the relationships between optical structures of the test object and a compensation of the pseudo-primary scattering or diffraction light generated by them, and FIGS. 3 and 4 use schematic oblique views to show two preferred working methods for achieving an exact relative movement of the test beam and the test object to each other for scanning scanning or irradiating a transparent test object.
In der schematischen Zeichnung einer erfindungsgemäßen Prüfanlage 100 für transparente Gegenstände 3 zur Aufdeckung von qualitätsstörenden Materialinhomogenitäten, wie Bläschen, Schlieren, (Mikro-jEinschlüsse, lokale Trübungen 31 und dgl. ist gezeigt, wie ein von einer Prüf-Laserlichtquelle 6 abgestrahlter Laserstrahl a von einem Scanner 5 innerhalb eines Kegelbereiches a, von einer zentralen Rechnereinheit 5The schematic drawing of a test system 100 according to the invention for transparent objects 3 for detecting quality-impairing material inhomogeneities, such as bubbles, streaks (micro-inclusions, local opacities 31 and the like) shows how a laser beam a emitted by a test laser light source 6 is emitted by one Scanner 5 within a cone area a, from a central computer unit 5
AT 402 860 B 10 über eine Steuerleitung 105 programmgesteuert, flächenrasternd jeweils gewünschte Scan-Bewegungen durchführt. Der Scan-Strahl a wird mittels erstem Linsensystem 4 in jeder seiner Scan-Positionen zur optischen Achse der Anlage parallel ausgerichtet und durchläuft einen ersten Blendenschirm 1, vorzugsweise ein LCD-Schirm, dessen Opakisierungsbereich 11 nicht interessierende Prüfgegenstands-Bereiche vom Scanning gleich ausschließt. Der Prüf-Laserstrahl durchsetzt nun den transparenten Prüfling 3, welcher hier einen den Gang des Strahles a behindernden Materialdefekt 31 aufweist, von welchem aus ein den primären Strahl a etwa umgebender, begleitender, sekundärer Streustrahl b ausgeht. Primärstrahl a und Streu- bzw. Beugungsstrahl b gelangen dann zum zweiten LCD-Blendenschirm 2, dessen ebenfalls vom Rechner 10 über Leitung 102 programmsteuerbarer Opakisierungsbereich 21 genau den primären Prüfstrahl a ausfiltert bzw. ausblendet, sodaß nur der sekundäre, materialdefekt-generierte Streustrahl b den Blendenschirm 2 durchsetzt und von einem Linsensystem 4 auf den Photosensor bzw. -detektor 7 gebündelt wird.AT 402 860 B 10 program-controlled via a control line 105, carrying out the desired scanning movements in a grid pattern. The scan beam a is aligned by means of the first lens system 4 in each of its scan positions parallel to the optical axis of the system and passes through a first aperture screen 1, preferably an LCD screen, the opacification area 11 of which does not interest test object areas from scanning. The test laser beam now passes through the transparent test specimen 3, which here has a material defect 31 which hinders the path of the beam a, from which a secondary scattering beam b, which surrounds the primary beam a, emanates. The primary beam a and scattering or diffraction beam b then arrive at the second LCD screen 2, whose opacization area 21, which can also be program-controlled by the computer 10 via line 102, precisely filters out or hides the primary test beam a, so that only the secondary, material-defect-generated scattering beam b Aperture screen 2 passes through and is bundled by a lens system 4 onto the photosensor or detector 7.
Die vom Sensor 7 empfangene Strahlung wird in elektrische Signale, insbesondere Helligkeitsinformation, umgewandelt, welche über Leitung 710, 157, vorzugsweise unter Durchlaufen des Rechners 10, ebenfalls vom Rechner aufgrund der ihm vom Scanner 5 über eine Scanner-Positionsinformations-Leitung 510 zukommenden Positionsdaten adreßsteuernd prüfstrahl-positionssynchron getaktet, dem Bildspeicher 57 zugeführt und dort bis zum Abruf gespeichertThe radiation received by the sensor 7 is converted into electrical signals, in particular brightness information, which also controls the address via line 710, 157, preferably while passing through the computer 10, based on the position data received by the scanner 5 via a scanner position information line 510 Test beam position synchronized clocked, fed to the image memory 57 and stored there until called
Von dort werden die präzisen Streustrahl-Helligkeits/Positions-Daten über Leitung 571, vom Rechner 10 abgerufen, beispielsweise dem Monitor 101 zugespielt und ermöglichen dort die Wiedergabe eines präzisen, eventuellen Materialfehlern 31 und deren Position am oder im Gegenstand 3 genau entsprechenden Bildes. Über eine Leitung 121 kann letztlich eine, z. B. dem Arbeitstisch 350 zugeordnete, Sortiereinrichtung 102 vom Rechner 10 gesteuert werden, mit welcher defekte Prüflinge 3 vor einer weiteren Behandlung für Verpackung, Versand und dgl. ausgeschieden werden können.From there, the precise scattered-beam brightness / position data are retrieved via line 571 from the computer 10, for example fed to the monitor 101, and there enable the reproduction of a precise, possible material defect 31 and its position on or in the object 3 exactly corresponding image. Via a line 121 can ultimately, for. B. the work table 350 assigned, sorting device 102 can be controlled by the computer 10, with which defective test specimens 3 can be eliminated before further treatment for packaging, shipping and the like.
Um insbesondere nicht-planparallele, transparente Gegenstände mit optische Streuung, Brechung oder Beugung verursachenden Strukturen, Rippen, Zylinderlinsen und dgl. routinemäßig prüfen und untersuchen zu können und entsprechende struktur-generierte "pseudoprimäre" Streustrahlung zu kompensieren, ist im Rechner 10 ein die Streustrahlung eines einwandfreien, mit dem Prüfling außer mit dessen eventuellen Defekten identischen Gegenstandes speichernder Referenzspeicher R enthalten, von welchem aus eine Steuerung einer zur Elimination von gegenstandsstruktur-generierter Streustrahlung vorgesehenen Opakisie-rung des zweiten Ausblendschirmes 2 über eine Steuerleitung 102' erfolgen kann.In order, in particular, to be able to routinely check and examine non-plane-parallel, transparent objects with structures which cause scattering, refraction or diffraction, ribs, cylindrical lenses and the like, and to correspondingly generate structure-generated " pseudo-primary " To compensate for scattered radiation, the computer 10 contains a scattered radiation of a flawless reference memory R, which stores an object identical to the test specimen except for its possible defects, from which a control of an opacification of the second blanking screen 2 provided for the elimination of object structure-generated scattered radiation is provided can take place via a control line 102 '.
Die Fig. 2 zeigt unterschiedliche Streubilder in Abhängigkeit der Streuursache. Zylinderlinsen 33, 33' weiten den Strahl in einer Ebene auf, welche von der Orientierung der Linse abhängt. Da die Lage der Linsen für ein bestimmtes Scheinwerferglas bekannt ist, können am LCD-Schirm 2 diese Bereiche undurchlässig geschaltet werden und nur der verbleibende Teil des Schirms bleibt transparent. Fehlerhafte Stellen streuen jedoch auch außerhalb der gesperrten Bereiche und können problemlos als solche erkannt werden.2 shows different scatter patterns depending on the cause of the scatter. Cylindrical lenses 33, 33 'widen the beam in a plane which depends on the orientation of the lens. Since the position of the lenses for a particular headlight lens is known, these areas can be switched opaque on the LCD screen 2 and only the remaining part of the screen remains transparent. Faulty spots also spread outside the blocked areas and can be easily recognized as such.
Die Fig. 2 zeigt konkret linksseitig untereinander schematische Ansichten a) bis c) von Scheinwerfergläsern 3 mit Zylinderlinsen-Strukturen 33, 33', einem Bläschen 31 und Schlieren 31 als "Defekte" und rechtsseitig jeweils untereinander - d) bis f) - die z. B. durch eine programmgesteuerte Opakisierung für den Durchgang eines Primär-Lichtstrahls und strukturgenerierten, "pseudoprimären" Streulichts gesperrten Bereiche 213 und 213' des zwischen Probe und Sensor angeordneten, mit Flüssigkristallelementen ausgestatteten, zweiten Ausblendschirmes 2.2 specifically shows schematic views a) to c) of headlight glasses 3 with cylindrical lens structures 33, 33 ', a bubble 31 and streaks 31 as " defects " and on the right side each other - d) to f) - the z. B. by a program-controlled opaque for the passage of a primary light beam and structure-generated, " pseudo-primary " Areas 213 and 213 'blocked from stray light of the second blanking screen 2 arranged between the sample and the sensor and equipped with liquid crystal elements.
Die gesperrten Bereiche 213 und 213' des LCD-Schirmes 2 (Fig. 2d-f) korrespondieren mit den durch ihre Struktur dem scannenden, primären Prüf-Laserstrahl a zuzuordnenden, pseudoprimäres Streulicht generierenden Zylinderlinsen 33, 33' der Prüfobjekte 3 der Fig. 2a) - c), und sind jeweils etwa rechtwinkelig zu deren Hauptrichtungen ausgerichtet.The blocked areas 213 and 213 'of the LCD screen 2 (FIGS. 2d-f) correspond to the cylindrical lenses 33, 33' of the test objects 3 of FIG. 2a which are to be assigned by their structure to the scanning, primary test laser beam a, generating pseudo-primary scattered light ) - c), and are aligned approximately at right angles to their main directions.
Wenn nun der scannende Prüf-Laserstrahl a auf einen sich im Zylinderlinsenbereich befindlichen Materialfehier 31 stößt, so wird er, wenn derselbe durch ein etwa rundes Bläschen gebildet ist, etwa durch einen die "transparenzgesperrten" Bereiche 213, 213' weit überragenden, etwa kreisförmigen Streulicht-Kreis 23, wie ihn Fig. 2e) zeigt, abgebildet, wobei dieser "überragende" Teil des Streulichts schließlich den LCD-Schirm 2 durchsetzt und nach Bündelung auf den Photosensor 7 gelangt, dessen Signale dann - in ein "Streulicht-Bild” des "Defektes” übergeführt werden.If the scanning test laser beam a strikes a material defect 31 located in the cylindrical lens region, it will, if it is formed by an approximately round bubble, for example by a " transparency-blocked " Areas 213, 213 'projecting far, approximately circular scattered light circle 23, as shown in FIG. 2e), wherein this " outstanding " Part of the scattered light finally passes through the LCD screen 2 and, after bundling, reaches the photosensor 7, the signals of which are then converted into a “scattered light image” of the “defect”.
Befinden sich im Bereich der Zylinderlinse etwa Schlieren 31 (Fig. 2c), so werden diese, wie in Fig. 2f) gezeigt, in Form einer als verbreiterte Linie ausgebildeten Streulichtzone 23 am LCD-Schirm 2 "abgebildet" und gelangen nach dessen Durchsetzung an den Photosensor 7 und schließlich in die demselben nachgeordnete "Defektbild-Auswertung". 6If there are streaks 31 in the area of the cylindrical lens (FIG. 2c), then, as shown in FIG. 2f), these are shown on the LCD screen 2 in the form of a scattered light zone 23 designed as a widened line. and after it has been implemented, it arrives at photosensor 7 and finally into the "defect image evaluation" subordinate to it. 6
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